金丽温高速公路连拱隧道超挖预测及原因分析

通过对金丽温高速公路连拱隧道的地质特征进行现场调查,经分析得出隧道区岩体结构面的特征参数,利用分析出的结构面特征参数值,结合隧道超挖预测中的神经网络理论及结构面网络模拟理论,对连拱隧道的超挖情况进行预测。从分析结果看,超挖问题在连拱隧道的施工过程中不可避免,其产生部位主要集中在中导洞与隧道的连接部位,通过预测得出的结果与现场开挖情况进行对比分析说明,隧道的超挖预测理论预测结果与实际有较好的一致性,文中最后针对隧道的特点,分析了产生超挖的基本原因,为确保隧道开挖过程中减少超挖提供依据。     

偏压连拱隧道优化施工的研究

针对多数连拱隧道修建中存在浅埋地形偏压结构受力状况,结合金丽温高速公路二期工程20多座隧道实际情况,选取有一定代表性浅埋地形偏压覆土厚度,对不同坡度1：1～1：1.5情况下（Ⅱ类取7种、Ⅲ类取3种）偏压连拱隧道结构受力及围岩屈服破坏等进行了施工步骤优化研究。结果表明,一般情况下,连拱隧道施工存在两种偏压效应：一种是因地形偏压引起,称之为“地形偏压”;而另一种则因连拱隧道的分部施工所引起,称之为“施工偏压”。这两种偏压有明确作用方向,产生结果也不相同。对连拱隧道左右洞,按“先外后里”工序施工,能够利用“施工偏压”来部分程度地“抵消”因地形偏压产生的结构偏压受力的不利情况。因此,采用“先外后里”工序施工,实为浅埋偏压情况下连拱隧道最优施工工序。     

连拱隧道围岩变形和破坏形态的DDA分析

连拱隧道围岩一般为由节理结构面相互切割的非连续岩体,利用非连续性分析方法研究这类围岩的变形和破坏形态可以更好地反映工程实际情况。采用非连续变形分析方法 DDA,对金鸡山连拱隧道围岩的变形和破坏过程进行了模拟,将整个变形破坏过程划分为了3个阶段：中墙上方岩体变形、地表下沉、滑移面产生阶段、隧道左右洞两侧滑移带（或滑移面）的形成阶段以及中墙顶部块体失稳、隧道上方岩体快速塌落阶段。研究了金鸡山隧道浅埋围岩和深埋围岩的变形破坏特征,其中边墙部位、靠近中墙的内侧拱顶或拱肩部位、外侧拱肩部位会首先受到变形破坏。     

基于多因素评价的隧道围岩质量与超欠挖关系

围岩质量及施工方法是影响隧道超欠挖的本质原因,研究围岩质量与超欠挖的关系,对评价和预测超欠挖、判断隧道结构的稳定性具有重要意义。基于工程实测资料及数值试验,研究了跨度对隧道围岩质量的影响,进而建立了基于多因素评价的围岩质量修正指标。根据隧道开挖断面轮廓具有分形特征的特点,计算了鸳鸯会隧道20个典型断面轮廓分形维数,研究了围岩质量与超欠挖的关系,得出围岩质量多因素修正指标与超挖比及断面轮廓分形维数呈线性关系,随着围岩质量多因素修正指标的提高,超挖比和断面轮廓分形维数将降低,并根据复相关原理,建立了三者间的复相关关系,可为隧道围岩质量的正确评价及超欠挖分析提供有益参考。对比不同围岩分级方法与超欠挖的关系表明,基于多因素评价的BQ法在隧道工程中的适用性更好。     

隧道超欠挖断面轮廓分形特征

对于极不规则的隧道围岩超欠挖轮廓,分形几何无疑是一个新思路。在测量数据的基础上,应用分形几何来定量描述围岩超欠挖轮廓线,表明隧道各类围岩的超欠挖曲线具有自相似性。在此基础上,进一步分析了各类围岩超欠挖曲线的分形维数与围岩类别之间的关系。研究表明,隧道围岩超欠挖曲线分形维数能较为直观地反映围岩类别,但其并不随着围岩类别的变化而呈线性变化;对于洞径一定的隧道,围岩超欠挖曲线的分形维数更能反映岩体结构和洞轴线之间的关系,这为准确预测掌子面前方围岩超欠挖情况奠定了理论基础。     

京承高速公路新道沟连拱隧道的优化设计

本文以京承高速公路新道沟连拱隧道为实例,应用有限元数值方法对连拱隧道二次衬砌的围岩抗力、应力、变形及其稳定性等问题进行了模拟与分析。首先,基于连拱衬砌的结构型式,作者建立了该隧道的数值模型,并提出用弹性杆单元按作用力等效的原则模拟围岩抗力;根据数值模拟结果对隧道支护结构的承载能力进行了讨论,并基于规范对二次衬砌进行了结构强度校核。该研究结果为新道沟隧道支护结构设计的优化提供了科学依据。     

连拱隧道洞口边仰坡稳定的监测与控制

随着我国公路隧道的发展,连拱隧道的应用也越来越厂泛。连拱隧道一般应用于中短隧道,常常与边坡结合在一起。由于岩土体复杂,岩土力学尚具有半经验半理论的特点,故有必要对连拱隧道洞口边仰坡的稳定性进行监测与分析,并通过分析结果对其进行控制。     

某抽水蓄能电站PD_6平洞超挖调查与评价

本文通过某抽水蓄能电站输水隧洞的勘探平洞 PD6 的超挖测绘调查 ,分析了平洞超挖块体的边界条件 ,确定了超挖块体的类型及其特征 ,利用自编计算程序 ,评价了各类型超挖块体的体积及其分布模型。这对于地下洞室超挖的评价方法以及工程建设中地下洞室稳定性评价以及加固处理具有一定指导意义。     

应用力学机理的网络模拟预测隧洞超挖问题

概述了结构面的网络模拟技术的基本原理、方法和现状。在充分考虑岩石破裂的力学机理的基础上,结合野外测得的结构面特征参数,提出了一种基于力学机理分析的网络模拟技术,并把该技术运用到地下洞室的超挖预测中。通过某工程实例验证结果的准确性,预测的结果表明：考虑岩石破坏机理的网络模拟技术,能充分反映岩体结构面的几何特征,合理地预测地下洞室中的超挖问题。     

基于结构面网络模拟的桥基岩体空间状态分析

分析结构面在岩体中的分布和组合特征是研究岩体稳定性的前提。根据结构面网络随机模拟方法,通过对岩体表面结构面的测量,可以建立岩体结构面空间分布的概率统计模型,从而确立了岩体结构面的网络结构模型。在此基础上分析了局部临空块体的空间几何形态,指出了块体的可能破坏形式,从宏观角度对块体系统整体稳定性进行了预测。     

高速公路连拱隧道开挖地表沉降研究

对隧道开挖引起的地表沉降模型进行总结,详细地调查和分析了金丽温高速公路红枫连拱隧道工程区的地质特征,系统研究了在偏压条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,对红枫隧道开挖引起的地表沉降进行研究,建立了偏压条件下连拱隧道分步开挖引起的地表沉降预测模型,对不同开挖工况下的差异沉降进行分析,证明该预测模型比较真实的反映了在偏压及浅埋条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,为浅埋连拱隧道开挖过程中防止地表过度变形提供理论基础。     

节理岩体中地下洞室超挖计算

讨论了超挖的定义以及不稳定块体体积与超挖的关系 ,总结了计算块体位置和体积的方法可分为随机、确定性和半概率方法三类 ,为今后超挖方面的研究提出了指导方向。重点分析并给出了被三个节理面切割的岩块以及隐含危险岩块的位置计算的确定性方法 ,提出了岩块体积计算简易的近似算法。超挖计算对洞室安全、高效地现场施工具有重要指导意义.     

复杂构造条件下大型地下工程开挖局部不稳定块体分析与预测

锦屏一级水电站泄洪洞位于雅砻江右岸埋深大于100m的大理岩中,构造条件复杂,在施工开挖过程中产生大量不稳定块体,严重影响工程安全。本文以泄洪洞0＋210～0＋230m段中导洞现场工程为依托,根据所揭露出的工程地质条件,采用赤平投影、统计分析和块体理论等手段,对该工程段可能存在的不稳定块体进行了分析和预测。分析得到如下结论：（1）未开挖段不稳定块体由fxh-14、fxh-16断层与②、④组节理和开挖临空面切割产生,主要分布在右侧拱脚部位;（2）可能的大小主要取决于②、④组结构面的延伸长度;（3）搜索结果表明：未开挖段右侧拱脚处存在两处大型块体。经块体理论计算,其中由L一。。与②、④组节理和临空面组合而成的不稳定块体体积26．8m3,稳定性系数2．89。而fxh-14、fxh-16断层、②组节理与临空面切割而成的不稳定块体体积25．40,破坏模式为直接掉落,应施以相应的工程支护补强措施。     

某抽水蓄能电站PD6平洞超挖调查与评价

本文通过某抽水蓄能电站输水隧洞的勘探平洞ＰＤ６的超挖测绘调查,分析了平洞超挖块体的边界条件,确定了超块体的类型及特征,利用自编计算程序,评价了各类型挖块体的体积及其分布模型,这对于地下沿室超挖的评价方法以及工程建设中地下洞室稳定性评价以及加固处理具有一定指导意义。     

Optimization Methods of Blasting Parameters of Large Cross-Section Tunnel in Horizontal Layered Rock Mass

For large cross-section tunnel in horizontal layered rock mass, blasting excavation often causes serious overbreak and underbreak. In this study, blasting excavation tests of tunnel upper face were conducted, blast-induced excavation damage and the influence mechanisms of weak beddings and joints were analyzed based on the Panlongshan tunnel. In order to achieve fine excavation, the cut mode of “center holes and four-wedge cutting holes”, the blasthole pattern of “empty holes, long holes, short holes and additional relief holes”, the maximum single-hole charge and the air-deck charge structure were proposed. Compared with the damage characteristics, overbreak and underbreak, and deformations of surrounding rock before and after optimization, the latter was better in tunnel contour formation and surrounding rock stability. The results show that after optimization, the large-area separation of vault rock mass is solved, the step-like overbreak of spandrel rock mass is reduced and the large-size rock block and underbreak are avoided. The maximum linear overbreak of vault, spandrel, and haunch surrounding rock is decreased by 42.3%, 53.7% and 45.1%, respectively. The underbreak at the bottom of the upper face is reduced from ??111.5 to ??16.5 cm. The average overbreak area is decreased by 61.1%. The surrounding rock displacement after optimization finally converges to the smaller value. The arch crown settlement and the horizontal convergence of haunch are reduced by about 21.6% and 18.3%, respectively. Furthermore, from the completion of blasting excavation to the stabilization of surrounding rock, it takes less time by using the optimized blasting scheme.

     

A rigorous solution for the stability of polyhedral rock blocks

Block theory has been widely applied to stability analysis of rock engineering due to its clear concept and elegant geometrical theory. For a general block with multiple discontinuity planes, it is assumed that contact is only maintained on a single plane (single-plane sliding) or two intersecting planes (double-plane sliding) in block theory analysis. Since the normal forces and shear resistances acting on the other discontinuity planes are omitted, it can cause unreasonable estimations of block failure modes and incorrect calculation of factors of safety. In this study, a new method is presented that permits to consider the contribution of the normal forces and shear resistances acting on each discontinuity plane to the block stability. The proposed method meets all of the force-equilibrium and moment-equilibrium conditions and provides a rigorous solution for stability of general blocks with any number of faces and any shape. Some typical polyhedral blocks in rock slopes are analyzed using block theory and the proposed method. The results indicate that the traditional block theory may give a misleading conclusion for the predictions of stability and sliding direction of rock blocks when contact occurs on more than two discontinuity planes.     

基于块体理论安全系数的隧道优化设计

以连云港后云台山隧道为工程地质背景。所研究隧址区主要岩性较为单一,以硬质的变粒岩为主,部分地段见软弱的绿片岩层,软硬岩层交切,在洞顶和洞壁容易形成掉块和坍塌。考虑到其结构面控稳的特点,利用Unwedge程序,将块体理论应用于指导隧道优化设计,包括洞形的选择,隧道走向的优化、支护参数的确定等。通过实例分析与计算证明,块体理论在低地应力区结构面控稳的地下洞室的优化设计中具有重要的理论价值和实际意义。